Team SBAs bombas de água movidas a energia solar para irrigação tornaram-se cada vez mais populares, pois a atividade agrícola ocorre em grande parte nas áreas rurais e longe das principais redes de energia. Embora os consumidores individuais precisem de fontes alternativas de energia para reduzir suas contas de eletricidade, bem como a pegada ambiental, as necessidades agrícolas são ainda mais críticas. Vamos discutir os benefícios das bombas solares de água em geral e sua eficácia particular na agricultura.
O desenvolvimento do setor agrícola é de imensa importância para a economia mundial. Pesquisas mostram que, a partir de 2018, esse setor era responsável por 4% do PIB em média e sua contribuição subiu para 25% em algumas das nações em desenvolvimento. Portanto, é vital que as atividades agrícolas não sejam colocadas em risco por causa das mudanças climáticas.
O uso de bombas de água na irrigação agrícola
Água na agricultura
Não pode haver irrigação agrícola sem água. A agricultura de sequeiro é apenas metade da produtividade da agricultura irrigada por unidade de terra cultivada. Portanto, a agricultura irrigada permite uma melhor diversificação das culturas, bem como o aumento da produção.
No entanto, a explosão populacional, as mudanças climáticas e a urbanização tornaram-se ameaças à disponibilidade abundante de água, impactando assim o desenvolvimento agrícola. Como o uso de água na agricultura é tão alto, os cientistas estão trabalhando em novas tecnologias e técnicas que reduzirão esse uso. Com novas tecnologias, estima-se que 20-40% dessa água possa ser desviada para outros setores nas próximas décadas.
Esse desvio ou realocação pode acontecer de duas maneiras. A água pode ser movimentada fisicamente alocando os recursos de água doce e subterrânea para áreas urbanas e para uso industrial. A água também pode ser movida virtualmente, produzindo alimentos e serviços com uso intensivo de água que geralmente estão em áreas com abastecimento abundante de água e podem ser alocadas em áreas que enfrentam escassez de água.
Portanto, é essencial que o afastamento da água da agricultura ande de mãos dadas com o uso eficiente da água. De forma similar, uso eficiente da água e sistemas adequados de distribuição de água deve ser praticada no setor agrícola. As bombas de água submersíveis movidas a energia solar desempenharão um papel fundamental na consecução desses objetivos.
O que são bombas de água movidas a combustíveis fósseis?
As bombas de água precisam de eletricidade para bombear a água para os canos para irrigar os campos. Assim é, no caso de uso doméstico. Existem muitos tipos de bombas de água que usam combustíveis fósseis - bombas centrífugas, bombas de turbina para poços profundos, bombas submersíveis e bombas de hélice. Todo sistema de irrigação precisa que a bomba de água funcione de maneira eficiente com base na disponibilidade da fonte de água e na distribuição de água e no sistema de irrigação em uso. Estas bombas são alimentadas por um motor elétrico. A manutenção da bomba indicará quanta energia elétrica é utilizada. As bombas elétricas tradicionais geralmente são movidas a combustíveis fósseis, pois precisam receber energia suficiente para extrair a água.
A desvantagem de usar bombas de água movidas a combustível fóssil é que elas obtêm sua eletricidade a partir de combustíveis fósseis, aumentando assim a ameaça ao meio ambiente. Os combustíveis fósseis incluem carvão, petróleo e gás natural. Oitenta e um por cento da energia nos Estados Unidos vem desses três recursos. Eles são usados para aquecimento, transporte, fabricação e eletricidade. No entanto, estes não são recursos renováveis e o impacto em nosso meio ambiente continua sendo crítico para algumas pessoas. O parque eólico congelado no Texas em 2021 mostrou a muitas pessoas que confiar em apenas uma fonte de energia não é sensato.
Desvantagens das bombas de água movidas a combustíveis fósseis
- Emissão de gases de efeito estufa: Os combustíveis fósseis são conhecidos por causar altos níveis de emissões de gases de efeito estufa e, portanto, uma ameaça à vida humana. Estudos mostram que petróleo, gás natural e carvão causam maiores taxas de mortalidade e maiores níveis de emissões de gases de efeito estufa.
- Impacto na economia: Os combustíveis fósseis aumentam a poluição do ar. Os custos diretos e indiretos da poluição do ar aumentaram para 3.3% do PIB global. O custo para o consumidor individual também é alto. Embora os preços dos combustíveis fósseis possam parecer baixos, os custos ocultos da destruição ambiental são altos.
As bombas solares de água, por outro lado, que dependem da energia solar para obter energia, podem ser uma solução eficaz para o futuro. Até agora, as bombas solares de água têm sido úteis em áreas remotas que estão fora da rede e onde o custo de funcionamento da energia CA tradicional é muito alto. Nessas áreas, as bombas solares de água têm sido úteis para bombear água para as necessidades de irrigação.
O que é um sistema de bomba de água solar?
O acesso acessível e fácil às fontes de água é limitado em muitas regiões onde a agricultura desempenha um papel dominante. As pessoas que vivem nessas áreas têm a opção de usar uma rede elétrica distante ou usar bombas movidas a combustível e retirar a água de uma fonte de água próxima. Usar uma rede elétrica distante pode ser caro devido à necessidade de linhas de energia elétrica e contas de serviços públicos. O mesmo se aplica às bombas de água movidas a gasolina e diesel, com a necessidade de reabastecimento e manutenção regulares.
O kit de bomba de água solar pode ser uma alternativa ideal nesta situação porque a energia solar é uma fonte de energia renovável e totalmente ecológica. Uma bomba de água solar também precisa de eletricidade, mas é fornecida por painéis fotovoltaicos (PV). Isso significa que o sistema de bombeamento possui uma matriz de painéis solares e fornece energia ao motor elétrico, permitindo que ele acione a bomba de água.
Bombas de água movidas a energia solar para irrigação podem fornecer água para áreas remotas que estão fora da rede elétrica. Uma bomba de água solar pode ser um sistema autônomo, dependendo dos painéis fotovoltaicos que obtêm sua fonte de alimentação durante o dia.
Quais são os componentes de um sistema de bomba de água solar?
Os principais componentes de um sistema de bomba de água submersível movido a energia solar são o painel fotovoltaico solar, o controlador da bomba e a bomba.
Painel Solar Fotovoltaico
Os painéis fotovoltaicos formam a fonte de energia. O painel solar é medido em watts de energia que produz. Portanto, a instalação de um painel solar dependerá da quantidade de energia necessária para bombear água. Os painéis solares funcionam melhor com 20% a mais de potência do que o necessário, pois podem eliminar a necessidade de qualquer reforço de corrente adicional. O painel solar consiste em células solares e a quantidade de energia que elas podem produzir depende do tamanho dos painéis, do número de painéis e os materiais das células solares.
Bomba de água
Uma bomba de água é um dispositivo que usa a energia do painel solar para mover a água. Ele extrai a água da fonte e a distribui onde for necessário. Algumas bombas funcionam melhor quando usam energia solar. Bombas que consomem menos energia são geralmente preferidas. As bombas de deslocamento positivo são escolhidas se a fonte de água for um poço profundo. Nesses casos, a bomba movimenta uma quantidade fixa de água e na proporção da quantidade de energia que recebem.
As bombas de água funcionam melhor quando produzem uma combinação de pressão e fluxo de água para determinada entrada de energia. As bombas solares de água são classificadas de acordo com a voltagem de eletricidade que precisam da fonte de energia. Por exemplo, uma grande bomba de 48 volts precisaria de mais energia e poderia bombear mais água. Algumas bombas de água também precisariam de válvulas flutuantes, interruptores e filtros.
Controlador de bomba
Um controlador de bomba é um dispositivo que é instalado entre a bomba de água e o painel solar. Permite que a bomba de água ligue normalmente quando há menos luz. Existem duas funções para o controlador. Uma delas é que ele combina a potência de entrada disponível nos painéis fotovoltaicos com a potência de saída recebida pela bomba. A segunda função é fornecer proteção contra uma tensão flutuante. O controlador garante que o sistema seja desligado quando a tensão é muito baixa ou muito alta, garantindo que a bomba de água permaneça em boas condições.
Outros componentes
- Tanque de armazenamento: A capacidade de armazenamento do tanque idealmente deve ser suficiente para fornecer água por cinco a dez dias se o consumo de água for médio. O armazenamento, assim como o consumo, geralmente depende do clima e do uso. Mas ter um pouco mais de água armazenada no tanque permite um aumento inesperado no uso. A canalização de armazenamento do tanque deve funcionar de forma a manter uma reserva; portanto, o ponto de descarga deve ser um pouco mais alto que o fundo.
- Armazenamento de bateria: As baterias armazenam a energia fornecida pelos painéis solares durante o dia e garantem que a bomba de água funcione mesmo com pouca ou nenhuma luz solar. A bateria também mantém a energia estável durante a fonte de alimentação flutuante.
- Controlador de carga: O controlador de carga solar é usado para carregar a bateria ou para executar uma fonte DC.
- Fiação: a fiação é essencial para um sistema de bomba de água solar e conecta os painéis solares à bomba de água. Uma caixa combinadora pode ser usada para tornar a fiação segura.
- Disjuntores: Os disjuntores podem ser instalados para ligar ou desligar manualmente a bomba de água se a bomba de água precisar de reparos ou manutenção.
- Pipes: Os sistemas de bomba de água solar precisarão de tubos de tamanho apropriado com base na pressão de saída necessária. Os tubos podem ser de plástico, aço ou cobre.
A classificação das bombas de água movidas a energia solar
Os diferentes tipos de bombas de água são bombas de água submersíveis solares e bombas de água de superfície solares.
Bombas de água submersíveis movidas a energia solar
Normalmente, uma bomba de água submersível tem formato cilíndrico e é encaixada dentro do revestimento do poço. Uma bomba de água solar submersível é ideal se a fonte de água for profunda, como no caso de um poço. Eles operam diretamente do painel solar e da bateria. A bomba funciona durante o dia e a água fica armazenada no reservatório para ser utilizada quando necessário. As bombas submersíveis dependerão da profundidade da fonte de água e da quantidade de água que você precisa.
Na maioria dos casos, os poços não precisam ser perfurados além da borda do lençol freático. Para necessidades agrícolas, os poços podem ser mais rasos do que poços mais profundos se a necessidade for para uso doméstico de água. A bomba de água solar submersível também precisará ser medida em relação à quantidade de energia que pode fornecer para empurrar a água verticalmente.
Bombas solares de água de superfície
As bombas solares de água de superfície são preferidas quando a fonte de água é rasa, como uma lagoa, lago ou poços com água a até seis metros da superfície. A vantagem de uma bomba de água de superfície é que ela pode empurrar a água a uma distância maior. A desvantagem é que pode não conseguir empurrar a água verticalmente como é o caso da bomba de água submersível. As bombas solares de superfície são menos dispendiosas do que as submersíveis.
Entenda os prós e contras das bombas de água movidas a energia solar
Bombas de água solares versus bombas de água movidas a combustíveis fósseis
Os combustíveis fósseis como fonte de energia para sistemas de bombeamento de água têm sido a abordagem tradicional que envolve o uso de recursos não renováveis, como petróleo, gás e carvão. Essas fontes geradoras de poluição tornaram-se cada vez mais uma ameaça ao bem-estar da sociedade e do meio ambiente. Eles são mais caros em termos de contas de serviços públicos no consumo de eletricidade.
O custo das bombas de água movidas a combustível fóssil também varia dependendo da distância da rede elétrica e dos componentes necessários para conectar o sistema de bombeamento de água à rede elétrica. As bombas de água movidas a combustíveis fósseis produzem mais ruído e poluição do ar e provavelmente precisam de muita manutenção. Eles não duram muito e precisariam da substituição de peças ou de todo o sistema de bomba d'água.
As bombas de água movidas a energia solar, por outro lado, são ecologicamente corretas porque usam energia solar, que é uma fonte de energia renovável. Eles são sistemas autônomos e requerem menos manutenção. Eles têm uma longa vida útil e os custos médios de uso são baixos. A tabela abaixo mostra as vantagens e desvantagens básicas das bombas movidas a energia solar e das bombas de água movidas a combustível fóssil.
Fatores a considerar ao escolher uma bomba de água solar
Uma bomba ajuda a aumentar a energia da água verticalmente ou horizontalmente para regiões que precisam de água. As bombas de água solares são baratas a longo prazo e são ecologicamente corretas. Há muitos fatores a serem considerados ao escolher uma bomba de água movida a energia solar para irrigação.
Taxa de Fluxo Desejada
A vazão é o tempo que uma bomba de água leva para bombear a quantidade necessária de água, que é medido em galões por minuto. Dependendo de onde você precisa que a bomba solar seja instalada e da distância da fonte de água, você pode escolher uma que seja capaz de bombear mais de 650 galões de água por minuto. Para uso doméstico, uma bomba solar que pode bombear cerca de 55 galões de água por minuto deve ser suficiente.
Tamanho da Entrada
Geralmente, as bombas têm um tamanho de entrada entre uma e seis polegadas. Quanto maior o tamanho da válvula de entrada, maior será o volume de água que pode ser bombeado para fora.
Altura e Pressão
Cabeça, neste caso, significa a quantidade de água que pode ser bombeada para a maior distância verticalmente. Isso afeta a vazão, pois se você precisar que a bomba succione água de um poço profundo onde a nascente esteja abaixo de 60 metros, e sua bomba tenha uma altura manométrica máxima de 60 metros, a vazão será lenta ou até zero. Portanto, a bomba solar que você escolher precisará ter uma queda máxima maior que a distância em altura necessária para que a água flua.
Altura Dinâmica Total (TDH)
Dado um tamanho específico do painel solar e a carga dinâmica total (TDH), as bombas de água podem ser medidas no número de galões por minuto que podem fornecer. O número de galões necessários por dia será um fator decisivo no tamanho da bomba de água solar.
Antes de projetar um sistema de bombeamento de água, é essencial determinar o TDH. TDH tem três componentes: cabeça de pressão, cabeça de elevação e perda de cabeça de fricção.
- Cabeça de pressão: Refere-se à quantidade de pressão de água disponível na saída da tubulação. Pode ser um tubo aberto ou uma mangueira chegando ao tanque de armazenamento de água. Em alguns casos, pode não haver indicação da cabeça de pressão e ela pode ser ajustada para zero. Em outros, indicando uma carga de pressão específica, ela pode ser multiplicada na saída em PSI pela pressão de uma coluna de água que é 2.31 ft/psi. Por exemplo, se o PSI de saída for 20, seria multiplicado por 2.31, resultando em 46.2 pés de TDH.
- Cabeça de Elevação: É a distância entre a fonte de água e a altura da água que está sendo bombeada para atingir o tanque de armazenamento de água. É a distância vertical quando desafia a gravidade para atingir o tanque.
- Perda de fricção: Para calcular o TDH, é importante calcular as perdas por atrito. Uma vez determinado o comprimento do tubo pelo qual a água deve fluir, e incluindo as seções do tubo em diferentes ângulos, tamanho do tubo, material do tubo, vazão e número de válvulas, torna-se fácil calcular o quantidade de perda de carga por fricção em pés da carga especificada.
O TDH total é calculado adicionando os números derivados dos cálculos da cabeça de pressão, cabeça de elevação e perda por atrito, ou seja,
Cabeça de pressão (pés) + Cabeça de elevação (pés) + Perda por fricção (pés)
Outros fatores a serem considerados incluem suas necessidades de água. Se necessitar de abastecimento de água durante a noite ou em dias nublados ou chuvosos, poderá necessitar de um booster para criar a pressão de água necessária. Em tais circunstâncias, você também pode precisar de uma bateria para armazenar a energia solar para que a água ainda esteja disponível.
Quanto custa uma bomba de água solar? Valerá a pena o investimento?
O custo de um sistema de bomba de água movido a energia solar depende dos parâmetros (vazão, TDH, etc.) da bomba, do tamanho do painel solar fotovoltaico necessário e de outros componentes que queremos integrar ao sistema.
A faixa de preço das bombas solares de água pode estar entre US$ 2,000 e US$ 5,000 para o conjunto de painéis solares e o kit de bomba solar de água. Inclui uma bomba. Isso ajudará a entender como a produção de água está relacionada ao custo. Existem também diferentes modelos que variam na quantidade de saída e com base no número de painéis solares.
Os custos acima são apenas uma aproximação e existem opções mais caras também disponíveis no mercado. O custo de uma bomba de água movida a energia solar também dependerá da fonte da água. As bombas de água de superfície serão mais baratas, pois precisam de menos energia para extrair água da fonte, como no caso de extrair água de uma lagoa ou lagoa. A bomba de água movida a energia solar para irrigação é um exemplo. As bombas de água submersíveis movidas a energia solar serão mais caras porque a água deve ser retirada de uma profundidade maior, como no caso de poços profundos.
As bombas solares de água servem a vários propósitos
As bombas de água solares são competitivas, pois não envolvem extensões de linhas de energia para alcançar a rede elétrica. Com uma vida útil de mais de vinte anos, os sistemas de bombas de água solares têm uma vantagem sobre as bombas de água movidas a combustíveis fósseis. As bombas de água movidas a energia solar também são energeticamente eficientes e adequadas para regiões muito distantes das redes elétricas ou muito caras para se conectar.
Algumas das melhores aplicações dos sistemas de bomba de água solar incluem irrigação e água potável para o gado. Eles são mais eficazes no fornecimento de água de superfície ou subterrânea e na distribuição da água armazenada em seus tanques de armazenamento. As vantagens de uma vida útil mais longa e economia de custos não podem ser exageradas, o que torna o investimento justificável para uso doméstico, bem como para irrigação agrícola.
